系外巨行星猎人：寻找尘埃盘
艺术家的渲染图描绘了系外巨行星导致尘埃盘中小型天体碰撞。
图源：NASA/JPL-Caltech
还没有一张天体图能展示隐藏在我们银河系中数以亿计的所有太阳系外行星——与其恒星相比，系外行星遥远而昏暗，很难找到。现在，寻找新世界的天文学家已经为系外巨行星设立了可能的路标。
一项新的研究发现，运行轨道远离恒星的系外巨行星，在拥有尘埃和碎片盘的年轻恒星系中更易被发现。这项发表在《天文学期刊》（The Astronomical Journal）上的研究，重点关注了质量比木星大五倍以上的行星。该研究对象是迄今为止拥有尘埃碎片盘的最大的恒星，并找到了最佳证据，证明系外巨行星负责维持控制着这些尘埃和碎片盘。
该研究主要作者，加州帕萨迪纳市IPAC/加州理工学院助理研究科学家Tiffany Meshkat说：“我们的研究对未来的任务，应该如何安排哪些观测的行星具有重要意义。”Meshkat以博士后研究员身份在位于帕萨迪纳的NASA喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory，JPL）进行此项研究。“通过直接成像我们已经在拥有尘埃盘的恒星系统中发现了很多行星，现在我们知道这些尘埃可能是那些未知世界的指示灯。”
天文学家发现，在拥有尘埃盘的恒星系中找到长周期巨行星的可能性是那些没有尘埃盘恒星系的九倍。加州理工学院研究生Marta Bryan通过统计学分析得出这一结论。
研究人员对NASA斯皮策太空望远镜（Spitzer Space Telescope）观测得到的130个拥有尘埃盘的单星系统的数据进行整合，然后与277颗没有尘埃盘的恒星进行比较。两组恒星系的年龄在几百万年到十亿年之间。在有尘埃盘的130颗恒星中，寻找找系外行星，其中有100颗曾经被搜寻过。作为该研究的一部分，研究人员利用夏威夷的凯克天文台（W. M. Keck Observatory）和智利的欧洲南方天文台（European Southern Observatory）的甚大望远镜（Very Large Telescope），对剩余30颗恒星进行了观测。他们并没有在这30颗恒星系中发现任何新的行星，但这些新增数据可以帮助研究人员描绘出拥有尘埃盘的恒星系中行星的丰富程度。
这项研究并没有直接解决为什么系外巨行星会造成尘埃盘的形成的问题。研究作者认为，巨行星的强大引力可能会使被称为星子的小型天体激烈碰撞而不是形成正常的行星，从而成为尘埃盘的一部分保留在轨道上。
论文的共同作者，加州理工学院天文学副教授和JPL高级研究员，Dimitri Mawet 表示：“在这些恒星系中，我们很可能找不到小行星，因为在早期，这些巨行星摧毁了构成岩石行星的成分，让它们以高速相互碰撞，而不是温和的结合在一起。”
另一方面，系外巨行星比岩石行星更易被发现，所以有可能在这些恒星系中还有一些岩石行星尚未被发现。
我们的太阳系也有气体巨行星造成的“碎片带”—由木星造成的位于火星和木星之间的小行星带，以及由海王星造成的柯伊伯带（Kuiper Belt）。Meshkat和Mawet研究的很多恒星系也都有两条尘埃带，但它们都比我们太阳系年轻--相比于我们已经45亿年的太阳系，这些恒星系最多只有10亿年。这些恒星系的年轻，部分解释了为什么它们比太阳系包含更多由小型天体碰撞而形成的尘埃。
在这项研究中讨论的一个恒星系统是绘架座Beta（Beta Pictoris），它已经被地面望远镜直接拍摄成像。该恒星系有一个尘埃盘，一些彗星和一颗已被证实的行星。事实上，在被证实其存在前，科学家就根据绘架座Beta的显著尘埃盘的存在和结构准确预测了这颗行星的存在。
另一种情况是，在单个尘埃盘中存在两个尘埃带，这表明该恒星系统中可能有更多引力能维持这些尘埃带的行星存在，例如拥有四颗巨行星的HR8799恒星系。巨行星的引力推动彗星向内飞向恒星，就像大约40亿年前我们太阳系经历过的被称为后期小行星冲撞期（Late Heavy Bombardment）的阶段。科学家认为，在那段时间内，木星，土星，天王星和海王星的运动使尘埃和小型天体偏移到了我们今天看到的柯伊伯带和小行星带。当太阳还年轻时，我们的太阳系应该充斥着更多的尘埃 。
来自JPL的Karl Stapelfeldt，同时也是NASA太阳系外行星探索项目办公室首席科学家，该项目的共同作者，他表示：“通过向天文学家展示，像NASA的詹姆斯韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）等任务未来在哪里最有可能找到系外巨行星，这项研究为以后的发现铺平了道路。
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